Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Радиолюбительская азбука. Т.2. Аналоговые устройства
.pdf
1.6. Усилители с изменяющимся коэффициентом усиления 71
ров R3 и R4, пытаются добиться наиболее «красивого» сигнала. Одновременно
регулируют коэффициент усиления усилителя, чтобы получить на выходе нормальную громкость звука. К сожалению, переменных конденсаторов большой емкости до сих пор не придумали, поэтому приходится «возиться» с проводками.
Весь вышеописанный процесс настройки может растягиваться на несколько
дней. После того как вы добьетесь наиболее приемлемого (для вас) звука, остается только впаять в схему подобранный конденсатор С4, измерить сопротивления резисторов R3 и R4 и впаять вместо них постоянные резисторы с примерно
таким же сопротивлением. Оставлять переменные (подстроечные) резисторы в
схеме нежелательно, хотя это и не запрещается.
Несмотря на очень широкую распространенность такой схемы, у нее есть
очень серьезные недостатки. В схеме стоит аж два дифференцирующих конденсатора (С2 и С3), которые ослабляют низкие частоты («басы»). Они лишними не
бывают, а то, что уничтожено конденсаторами слишком маленькой емкости, восстановить очень сложно. В то же время увеличивать емкость конденсаторов до
бесконечности тоже нельзя. Второй недостаток — конденсаторы С2 и (желательно) С3 должны быть неэлектролитическим, т. е. или огромными пленочными,
или дорогими танталовыми. Дело в том, что электролитические конденсаторы довольно инерционны — в них, помимо электростатических процессов, протекают
и химические, а последние мгновенно развиваться не могут. В результате при
плавном изменении входного напряжения напряжение на конденсаторе (электролитическом) изменяется не плавно, а пульсирующие — возникают специфические, так называемые фликкер-шумы, бороться с которыми очень сложно.
И третий недостаток схемы на рис. 1.35, â — образцовое напряжение не стаби-
лизировано, и если напряжение на шине «+U» пульсирует относительно общего
провода (а так почти всегда и бывает), то и напряжение на прямом входе, «благодаря» резистору R1, тоже будет пульсировать. А такой усилитель — с фоном, гулом и прочими посторонними звуками — никому не нужен.
Усилитель, свободный от этих недостатков, изображен на рис. 1.35, ã. Единственное ограничение, которое предъявляет эта схема к ОУ, — у него должно
быть очень небольшое напряжение смещения (не более 10 мВ), то есть усилители с полевыми транзисторами на входе не подходят.
На резисторах R1 и R2 собран делитель напряжения, и это (так называемое
«образцовое», или, по-английски reference, сокращенно — REF) напряжение
стабилизируется конденсатором С2. Если вы используете электролитический
конденсатор, параллельно ему имеет смысл подключить пленочный или керамический конденсатор емкостью от 0,047 мкФ и более.
разцовое напряжение довольно стабильно, то головку В1 можно включить непосредственно между входом ОУ и конденсатором С2, без всяких разделительных
конденсаторов — это эквивалентно тому, если бы в схеме на рис. 1.35, â нам
удалось использовать конденсатор С2 с бесконечной емкостью и идеальными параметрами.
Левый по схеме вывод резистора R3 также непосредственно соединен с источником REF (привыкайте к этому слову — на всех «нерусских» и большинстве отечественных схем образцовое напряжение обозначается этими тремя бук
-
72 Часть 1. Усилитель
вами и иногда как U
— это то же самое), поэтому вся нагрузка по обеспече-
REF
нию нужного коэффициента усиления на низких частотах ложится только на
конденсатор С2, т. е. при выборе его емкости скупиться не стоит. Хотя эта палка о двух концах — при увеличении емкости конденсатора увеличивается время, в течение которого он заряжается до образцового напряжения сразу после
включения усилителя, а пока он не зарядится, DA1 работать не будет. То есть
сразу после включения напряжения питания схемы звук на выходе появится не
мгновенно, а через некоторое (до десятков секунд) время. Уменьшить его можно
уменьшением сопротивления резисторов R1 и R2, но при этом увеличится протекающий через них ток, или уменьшив емкость конденсатора С2.
Так как входные цепи усилителя питаются от образцового источника питания, напряжение на котором жестко стабилизировано относительно общего провода конденсатором С2, помехи, проникающие на вход усилителя через резистор R1, закорачиваются конденсатором С2 и на выходе практически не слышны — по крайней мере, помехоустойчивость этой схемы гораздо выше, чем у
схемы на рис. 1.35, â. Низкочастотную составляющую сигнала эта схема передает также лучше. Поэтому в устройствах с однополярным источником питания
схема на рис. 1.35, ã работает лучше, чем схема на рис. 1.35, â.
На обеих схемах умышленно не указана полярность включения конденсатора С5(С4), т. к. постоянная составляющая на входе нагрузки этого усилителя
может быть самой разной. Для определения полярности нужно отпаять этот
конденсатор и вместо него включить вольтметр. Если разность напряжений между каскадами не превышает 0,1…1,0 В, то полярность можно не соблюдать
(хотя лучше включить конденсатор «правильно»). Если напряжение между каскадами превышает 0,5…1,0 В, то отрицательную обкладку конденсатора нужно
включить туда, где напряжение меньше. Например, мы хотим подключить к выходу ОУ каскад на транзисторе структуры n-p-n с общим эмиттером. Напряжение на выходе ОУ (напряжение питания равно 9 В) равно 4,5 В, а напряжение
на его нагрузке (базе транзистора) — равно 0,7 В. Напряжение на базе меньше,
и отрицательный вывод конденсатора соединяется с базой транзистора, а положительный — с выходом ОУ.
Подобным образом, вводя в цепь ООС интегрирующие (R4–C4 на
рис. 1.35, â) и дифференцирующие (С3) цепочки, можно легко изменить АЧХ
любого усилителя (даже того, авторы которого до этого «не додумались»). Но
это лишь частный случай использования фильтров в технике, когда к ним не
предъявляются слишком высокие требования. Но существуют устройства,
фильтры в составе которых должны быть почти идеальными (например, селективное реле: на его вход поступают сигналы с разной частотой, оно определяет их частоту и включает ту или иную нагрузку; частоту входного сигнала изменяет человек и «делает» ее такой, чтобы включилась «нужная» нагрузка. По
такому же принципу работает и так называемая «светомузыка», но в ней
фильтры довольно примитивны). От фильтров первого порядка таких характеристик добиться невозможно, поэтому приходится использовать фильтры высших порядков. Дальше мы рассмотрим наиболее распространенные схемы таких фильтров.
1.6. Усилители с изменяющимся коэффициентом усиления 73
В ФНЧ и ФВЧ второго порядка фильтрующие RC-цепочки включаются не в
цепь ООС, а â öåïü ÏÎÑ; для того чтобы усилитель при этом не вышел за границы линейного диапазона (т. е. чтобы его выходной сигнал на некоторой частоте и при некоторой его амплитуде не принял импульсную прямоугольную форму), дополнительно в схему вводят глубокую ООС. Чаще всего ОУ превращают
в повторитель напряжения (k
= 1), при большем значении коэффициента уси-
yc.U
ления фильтр работает хуже, а рассчитать его параметры труднее.
В отличие от пассивных фильтров, активные фильтры второго и высших порядков сигнал íå ослабляют. Äëÿ примера рассмотрим работу ÔÍ×
(ðèñ. 1.36, а). Пока частота входного сигнала слишком велика, конденсатор С2
не успевает заметно зарядиться (разрядиться); конденсатор С1 в это время
также «мешает» изменяться напряжению в точке соединения с резисторами
R1 и R2 (амплитуда колебания напряжения в этой точке гораздо больше, чем
на выходе ОУ). То есть амплитуду входного напряжения ослабляют сразу два
конденсатора, включенные практически параллельно, поэтому амплитуда выходного напряжения очень мала. При уменьшении частоты сигнала падение
напряжения на резисторах R1 и R2 уменьшается (т. к. чем ниже частота сигнала (синусоидального!), тем медленнее изменяется его напряжение, а чем
медленнее изменяется напряжение на конденсаторе (С2), тем меньший ток он
потребляет), амплитуда напряжения на выходе возрастает и влияние конденсатора С1 на схему ослабевает. При очень низкой частоте можно считать, что
конденсатора С1 вообще нет — изменение напряжения на выходе ОУ изменяется абсолютно синхронно (когда k
равен единице) с напряжением в точке
yc.U
соединения конденсатора с резисторами и разность потенциалов на его обкладках остается практически неизменной. Именно поэтому — из-за того, что емкость конденсатора С1 как бы «уменьшается» до нуля — коэффициент передачи фильтра на частотах выше частоты среза при изменении частоты в два раза
уменьшается не в 2,ав4раза. Но это только в том случае, если емкости
обоих конденсаторов примерно равны. При изменении их номиналов друг относительно друга, а также при изменении номиналов резисторов коэффициент
передачи за пределами частоты среза изменяется резче, но линейность работы
и предсказуемость характеристик ухудшается. Частота среза фильтра определяется по формуле:
f
=
ñð
R1 R22C1 C2
2π
⋅
1
+
⋅
,
+
2
(4)
и при R1 = R2, C1 = C2 эта формула превращается в формулу (1).
ФВЧ работает точно так же. Его можно получить из ФНЧ, если все резисторы заменить конденсаторами, а все конденсаторы — резисторами (рис. 1.36, á).
Его частота среза рассчитывается тоже по формуле (4).
Рассмотренные выше фильтры (k
не более 1) относятся к так называе-
yc.U
мым фильтрам с критическим затуханием — их АЧХ имеет ровную, пологую
форму. Но если коэффициент усиления ОУ превышает единицу, вид АЧХ фильтра несколько видоизменяется.
74 Часть 1. Усилитель
Âõîä
R1
Âõîä
Âõîä
R1
R1
C1
R2
C2
R2
C2
+U
DA1
Выход
–U
à) á)
C1
+U
DA1
Выход
R3
R3
–U
–U
+U
Выход
DA1
R4
â)
C1
C2
R2
ä)
Âõîä
0,7
C1 C2
Kóñ.
1
0
Uâûõ
0
R1
R2
fðåç
ã)
fðåç
å)
+U
DA1
Выход
–U
fñ
f
f
Рис. 1.36. Фильтры: а — ФНЧ 2-го порядка; б — ФВЧ 2-го порядка;в—ФНЧ
Баттерворта; г — его АЧХ; д — полосовой фильтр; е — его АЧХ
Фильтры с коэффициентом усиления не более 5 называются фильтром
Баттерворта — по имени человека, впервые описавшего их поведение. Фильтр
Баттерворта легко получить из фильтра с критическим затуханием, введя в него
соответствующую ООС (рис. 1.36, â). Работу такого фильтра мы рассмотрим
только на примере ФНЧ — ФВЧ работает точно так же.
Пока частота входного сигнала слишком велика или слишком мала по сравнению с частотой среза, такой фильтр ведет себя так же, как и фильтр с критическим затуханием. Но при плавном увеличении частоты сигнала вплоть до частоты среза амплитуда выходного сигнала начинает увеличиваться по сравнению
с амплитудой более низкочастотного сигнала (рис. 1.36, ã). Происходит это
из-за того, что коэффициент усиления ОУ больше единицы. При приближении
частоты входного сигнала к некоторой резонансной частоте фильтра емкостное сопротивление конденсатора С1 становится меньше сопротивления резисторов R1 и R2 и, т. к. напряжение на выходе ОУ всегда больше напряжения на его
прямом входе (ведь k
> 1), конденсатор С1 начинает «подталкивать» входное
yc.U
напряжение (напряжение на выходе ОУ изменяется в такт с входным — ведь
обратная связь положительна). И если входное напряжение с частотой, равной
резонансной, имеет амплитуду 0,1 В, а коэффициент усиления ОУ равен 4, то в
1.6. Усилители с изменяющимся коэффициентом усиления 75
R2
Ñ3
R3
+U
Выход
DA1
–U
Âõîä
C1
R1
Ñ3
Âõîä
C2
R2
R5
DA1
DA1
æ)
R1
R3
100ê
R4 200ê
+U
–U
+U
–U
C1
R2
C2
R3
Выход
R4
R5
+U
–U
DA2
R1
C1 C2
R4
Âõîä
ç)
Выход
è)
Рис. 1.36. Фильтры: ж — режекторный фильтр с ПОС;
з — режекторный фильтр с ООС; и — режекторный фильтр на мосте Вина
идеальном случае (теоретически) амплитуда выходного напряжения будет равна
0,4 В. Этот эффект в литературе называется добротностью и обозначается буквой Q. Добротность — это почти то же самое, что и коэффициент усиления, но
если коэффициент усиления при изменении частоты изменяется очень незначительно (в идеальном случае вообще не изменяется, но идеал недостижим), то
добротность при этом изменяется очень резко; максимальное значение добротности достигается при частоте, равной резонансной.
При увеличении частоты на входе ФНЧ (рис. 1.36, â) емкостное сопротивление конденсатора С1 уменьшается еще сильней, и если бы не было конденсатора С2, коэффициент усиления ОУ (и добротность фильтра) увеличились бы до
бесконечности. Но конденсатор С2 в схеме есть, и его влияние нужно учитывать. При увеличении входной частоты его емкостное сопротивление уменьшается и амплитуда напряжения на прямом входе ОУ также уменьшается. Емкостное сопротивление конденсатора С2 при этом становится гораздо меньше сопротивления резистора R2, т. е. влияние конденсатора С1 на схему можно не
учитывать (это «капля в море»). Коэффициент передачи фильтра уменьшается,
и на бесконечно большой входной частоте емкостное сопротивление конденсатора С2 и амплитуда выходного напряжения равны нулю.
Такой фильтр более критичен к номиналам внешних RC-элементов: сопротивления обоих резисторов и емкости обоих конденсаторов должны быть равны.
При несоблюдении этого условия фильтр начинает «глючить»: его добротность
может увеличиться или уменьшиться, у него может появиться еще одна (или несколько) резонансная частота, частота среза может «непредсказуемо» изменить
-
76 Часть 1. Усилитель
ся. В принципе, этот тип фильтра назван в честь Баттерворта именно потому,
что он подробнейшим образом описал все закономерности возникновения этих
«глюков», но соответствующие формулы столь сложны… Поэтому всем желающим ознакомиться с ними подробнее я бы посоветовал полистать соответствующую литературу, которая, к сожалению, малопонятна даже для меня.
Комбинируя в одной схеме ФНЧ и ФВЧ, в итоге можно получить полосовой
фильтр, но для этого понадобится как минимум два ОУ. Но, если несколько видоизменить обратную связь ОУ, можно будет обойтись и одной микросхемой.
Схема такого фильтра показана на рис. 1.36, ä. В цепь усилителя DA1
включена сложная RC-цепочка, обладающая резонансными свойствами на некоторой (резонансной) частоте.
Резисторы R1 и R2 включены как делители напряжения — они нужны для
ослабления входного сигнала, частота которого далека от резонансной. Сопротивление резистора R2 обычно выбирают больше 0,5…1,0 кОм, чтобы не нагружать выход ОУ. От сопротивления резистора R3 зависит добротность фильтра.
Допустим, что на вход фильтра поступает сигнал с частотой, ниже резонансной. Емкостное сопротивление конденсатора С2 для такого сигнала оказывается слишком большим, и на вход ОУ сигнал через конденсатор практически
не проходит. Соответственно, и на выходе ОУ поддерживается практически нулевой уровень. При увеличении частоты входного сигнала емкостное сопротивление конденсаторов С1 и С2 (С1 = С2) уменьшается. Через конденсатор С2 на
вход ОУ начинает поступать больший (по амплитуде) сигнал, и амплитуда выходного сигнала увеличивается. Но между выходом и входом фильтра включен
конденсатор С1 — он стремится уменьшить входное напряжение (ООС!). Но
весь фокус в том, что емкостное сопротивление обоих конденсаторов на резонансной частоте в десятки раз больше сопротивления резистора R2, т. е. конденсатор С1 не будет оказывать заметного влияния на входное напряжение до
тех пор, пока амплитуда выходного напряжения, за счет усиления ОУ, не превысит в десятки раз амплитуду входного — это называется добротностью.
При дальнейшем увеличении входной частоты (она становится выше резонансной) емкостное сопротивление конденсаторов продолжает уменьшаться.
При этом конденсатор С1 все сильнее закорачивает на выход ОУ входной сигнал, и амплитуда сигнала, «доходящего» до инверсного входа ОУ, уменьшается.
При бесконечно большой входной частоте емкостное сопротивление конденсаторов равно нулю и амплитуда выходного напряжения уменьшается до некоторого
ненулевого значения (рис. 1.36, å). Такая форма АЧХ — отличительная черта
фильтров с подобной ООС.
Расчет параметров такого фильтра довольно сложен. Первым делом нужно
определиться, какой должна быть резонансная частота f
, ширина полосы про-
ðåç
пускания ∆f и добротность Q. Емкости обоих конденсаторов должны быть равными — дальше они для простоты будут обозначаться буквой С (С1 = С2 = С).
Допустим, что резонансная частота f
равна 1 кГц (1000 Гц), полоса про-
ðåç
пускания — 50 Гц (ее нельзя задавать слишком малой — характеристики
фильтра могут ухудшиться). Сопротивление конденсаторов С выберем равным
0,01 мкФ.
1.6. Усилители с изменяющимся коэффициентом усиления 77
Тогда
1
R3
=
⋅⋅π∆
,
Cf
ãäå π — число, примерно равное 3,14;
R3
R1
=
2k
,
óñ.ðåç
ãäå k
— коэффициент усиления на резонансной частоте (не более 10).
yc.ðåç
Сопротивление резистора R2 непосредственно вычислить невозможно —
его можно определить только путем подбора по формуле:
R1 R2
+
R1 R2 R3
f
=
ðåç
⋅⋅
2C
.
⋅π
Но так как сопротивление резистора R2 в сотни-тысячи раз меньше сопротивления резистора R1, то в верхней части формулы (R1 + R2) им можно
пренебречь и посчитать равным нулю. Тогда формула преобразуется в вид:
R2
≈
R1 R3 (f 2 C)
⋅⋅ ⋅⋅π
R1
ðåç
.
2
Добротность фильтра определяется по формуле:
Q=π⋅f
·R3·C.
ðåç
Во всех формулах сопротивление должно быть в омах, а емкость — в фарадах.
Подставив в формулы нужные нам значения, имеем:
R31=
,(, ) ,
⋅⋅ ⋅
314 0 01 10 501157 10
66
––
=
=
636943
⋅
Îì.
Округляем до ближайшего значения (620 кОм).
Коэффициент усиления на резонансной частоте выбираем равным 4. Тогда
R1
620000
24
⋅
77500=
=
Îì.
Округляем до 75 кОм.
R2
=
7 6 (1000 )
500 20000 6 28 0 01 10
⋅⋅⋅⋅⋅
⋅
75 7
=
⋅⋅ ⋅
4 65 10 3 944 10
,,
10
10 9
7500
,, ,
3
=
–
4 65 10 3 944 10
=
2
6
–
4
65 10 6 28 10
575
,,
79
⋅⋅ ⋅
–
75
10 5
⋅⋅ ⋅
==
01834
3
⋅
10
2
409
–
Îì.
()
,
,
=
78 Часть 1. Усилитель
Округляем до 390 Ом, тогда
7
f
ðåç
75000
=
6,28 0,01 10
+
5000 390
⋅⋅
390 620000
⋅⋅
1027
Ãö.
=
–6
Из-за округлений (а также большого разброса номиналов используемых элементов) у нас получилась слишком большая частота среза. Но ее можно уменьшить, увеличив сопротивление резистора R2. Проще всего это сделать, заменив
его подстроечным или включив последовательно с постоянным резистором сопротивлением 300…390 Ом подстроечный на 47…470 Ом. Последний вариант
лучше — проще настройка. При сопротивлении резистора R2, равном 420 Ом,
резонансная частота снижается до 990 Гц.
Добротность нашего фильтра равна:
-6
Q = 3,14 · 1027 · 620000 · 0,01 · 10
= 3,14 · 638,44 · 0,01 = 20.
Получилась очень неплохая добротность. Но, как видно из формулы для
расчета сопротивления резистора R3, при увеличении ширины полосы пропускания в 2 раза сопротивление R3 уменьшается в 2 раза. Из-за этого добротность
также уменьшится в два раза.
Режекторные (вырезающие) фильтры обычно собирают на основе двойного
Т-образного моста, включенного в цепь ПОС усилителя (рис. 1.36, æ). Коэффициент усиления ОУ (R4R5) обычно делают чуть большим единицы (1…2) — тогда на резонансной частоте сигнал подавляется сильней. Резонансная частота
фильтра практически не зависит от коэффициента усиления ОУ и определяется
по формуле (1), но при этом С1 = Ñ2 = Ñ3/2, à R1 = R2 = 2⋅R3 (т. е. емкость С3
должна быть в 2 раза больше С, а R3 — в два раза меньше R). Только при таком условии коэффициент подавления резонансной частоты максимален.
Добротность этого фильтра при k
, равном 1, равна 0,5, а при k
yc.U
yc.U
= 2è
больше стремится к бесконечности. Допускать этого ни в коем случае нельзя,
поэтому делать k
больше 1,9…2,0 нельзя. Нижний по схеме вывод конденса-
yc.U
тора С3 можно соединить с выходом ОУ. Но при этом фильтр станет менее «послушным». Двойной Т-образный мост можно включать и в цепь ООС усилителя.
При этом на резонансной частоте коэффициент усиления будет чуть меньше
единицы, а за ее пределами — стремиться к бесконечности. Частота среза и номиналы элементов этого фильтра — такие же, как и у вышеописанного. Сопротивление резистора R4 обычно выбирают в два раза меньше сопротивления резистора R3; его (R4) сопротивление не должно быть меньше 1 кОм — иначе
возрастет нагрузка на выход ОУ и добротность фильтра ухудшится.
Режекторные фильтры очень часто используют для подавления фона переменного тока в высококачественных усилителях. Как известно, частота переменного тока равна 50 Гц (в странах СНГ) и поддерживается на этом значении с
очень большой точностью (выпускаются даже электронные настольные часы, в
которых эта частота используется в качестве образцовой). Поэтому, поставив на
вход оконечного усилителя мощности высококачественный режекторный
1.6. Усилители с изменяющимся коэффициентом усиления 79
фильтр, настроенный на частоту 50 Гц и имеющий полосу пропускания в несколько герц, можно полностью решить проблему фона. В то же время звуковой
сигнал такой фильтр искажать практически не будет — отсутствие сигнала на
выходе с частотой 49…51 Гц можно будет заметить только с помощью специальных, очень чувствительных приборов. Заодно наличие такого фильтра снижает
требования и к блоку питания усилителя.
1.6. Усилители с изменяющимся коэффициентом
усиления. Измерение напряжения, внутреннего
сопротивления и тока короткого замыкания
Такие усилители можно получить, если в цепь ООС ОУ поставить диоды
или транзисторы. В первом случае у нас получится логарифмический усилитель, а во втором — усилитель с электрически регулируемым коэффициентом
усиления.
Схема логарифмического усилителя довольно проста (рис. 1.37, à). В нем,
кроме обычных для усилителя резисторов R1 и R2, в цепь ООС включены два
диода VD1 и VD2 (встречно-параллельное соединение диодов).
Рассмотрим работу такого усилителя. Пока входной сигнал невелик, разность напряжений на выводах резистора R2 не превышает 0,5 В и оба диода закрыты. Коэффициент усиления усилителя в таком случае определяется только
номиналами резисторов R1 и R2 и может быть сколь угодно большим (в разумных пределах). При увеличении амплитуды входного напряжения напряжение
на выводах резистора R2 увеличивается и в какой-то момент времени достигает
отпирающего (примерно 0,6…0,8 В) напряжения для одного из диодов. Диод открывается, и ток между выходом и инверсным входом ОУ увеличивается. Это
равносильно тому, если бы мы уменьшили сопротивление резистора R2, — коэффициент усиления ОУ уменьшается. При дальнейшем увеличении амплитуды
входного сигнала амплитуда выходного сигнала практически не изменяется
(т. е. изменяется, но имеет логарифмическую зависимость от амплитуды входного, а логарифм, как известно, самая «медленно изменяющаяся» математическая
функция), и в случае с диодами (прямое напряжение диодов равно 0,6…0,8 В)
не превысит эти самые 0,6…0,8 В. Поставив в цепь ООС по два соединенных последовательно диода, это напряжение можно увеличить в два раза; после замены диодов стабилитронами выходное напряжение увеличивается еще сильнее.
Таким образом, логарифмический усилитель усиливает (или ослабляет) амплитуду входного сигнала до определенного уровня; те сигналы, амплитуда которых меньше этого уровня, усиливаются, а те, чья амплитуда больше, — ослабляются. В принципе, у «настоящего» логарифмического усилителя резистора
R2 нет — ОУ при малом входном сигнале работает в режиме компаратора. Но
компаратор, как и всякая цифровая схема, стоящая на пути аналогового сигнала, сильно искажает сигнал. Введение дополнительной ООС (R2) уменьшает
искажения.
80 Часть 1. Усилитель
Âõîä
R1 1ê
DA1
R2 100ê
+U
–U
à)
VD1
VD2
Выход
Âõîä
C1
1ìê
R1
4,7ê
C2 0,01ìê
DA1
VD1
VD2
á)
+U
–U
R2
47ê
R3
4,7ê
C3
10ìê
Выход
Âõîä
+U
R1 1ê
DA1
VD1
VÒ1
ÊÒ3102
Выход
+U
–U
â)
Рис. 1.37. Логарифмические усилители: а — типовая схема;
б — с ухудшенными характеристиками;в—сулучшенными характеристиками
Подобные схемы очень часто используют в качестве нормирующих усилителей с переменным коэффициентом усиления. Ко входу такого усилителя можно
подключать источники сигнала с разной амплитудой выходного напряжения (например, микросхему радиоприемника с выходным напряжением 35 мВ и усилитель воспроизведения с выходным напряжением порядка 300 мВ) — во всех
случаях амплитуда напряжения на выходе логарифмического усилителя будет
равна примерно 700 мВ, т. е. стандартной для большинства мощных УМЗЧ.
Практическая схема логарифмического усилителя, использующегося для обработки звукового сигнала, изображена на рис. 1.37, á. Резистор R3 добавлен
для более «мягкого» ограничения выходного напряжения — разность напряжений на диоде, при которых он, соответственно, уже открыт и еще закрыт, настолько мала, что возникают искажения из-за слишком резкого включения режима ограничения. С этой же целью в схему добавлен и конденсатор С2, кроме
того, он выполняет интегрирующие функции, т. е. «поднимает басы». Его емкость определяется экспериментально — по наиболее приемлемому качеству
звука. Сопротивление резистора R3 должно быть в 5…50 раз меньше сопротивления резистора R2.
Для высококачественных логарифмических усилителей, используемых для
точного логарифмирования входных сигналов, характеристик диода оказывается
недостаточно — в частности, линейность преобразования сигнала сохраняется
только при изменении его амплитуды не более чем в 100…1000 раз. В таких
случаях диод заменяют транзистором (рис. 1.37, â), включенным по схеме с общей базой. Линейность «транзисторного» усилителя сохраняется при изменении
входного сигнала более чем в миллион раз.
Из-за особенностей строения биполярных транзисторов (полевые здесь использовать нельзя) заменить транзистором можно только один диод. Поэтому на
вход схемы на рис. 1.37, â желательно подавать положительное напряжение —
тогда его будет «обрабатывать» транзистор, а не диод. Если отрицательное (относительно нуля) напряжение на вход схемы не будет подаваться никогда, диод
можно вообще убрать. Если же схема должна быть рассчитана на работу с отрицательным напряжением, то VT1 нужно заменить транзистором структуры
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]